偶国富等：温度和pH值对20钢盐酸露点腐蚀行为的影响 ·1101· 该装置工作原理为：保持在180±1℃的油浴加 清洗试样表面，干燥后用分析天平称重；然后用恒温 热蒸发瓶中的HCI溶液产生连续混合蒸汽，当混合 油浴锅对蒸发瓶中的盐酸溶液进行加热，待温度稳 蒸汽到达冷凝管后，在外部冷凝水的作用下，HC1和 定后将试样暴露于腐蚀环境中，控制不同变量进行 H,O会在试样表面凝结成酸性液膜或酸性露滴.通 腐蚀失重实验，实验结束后用浓盐酸与六亚甲基四 过改变蒸发瓶内HCI溶液的浓度控制酸性液膜或 氨体积比为1：3的除锈液进行超声波清洗处理，去 露滴的pH值，改变外部冷凝水的温度和试样与冷 除试样表面的腐蚀产物：最后用无水乙醇和去离子 凝管底端的距离控制酸性液膜或露滴的温度 水清洗试样表面，干燥后用分析天平称重，获取试样 实验压力为1.01×10°Pa,蒸发瓶中HCl溶液 的最终质量，计算腐蚀速率.实验周期为72h,进行 的pH值选取1(0.1molL-1)、2(0.01mol-L-1)、3 两组平行实验 (0.001mol·L-1)3组：温度选取70、80、90、100和 露点腐蚀速率的计算公式如下式所示： 110℃5组.当控制外部冷凝水温度时，用温度计测 X=(W-W,)x87600 (1) 得冷凝管中试件所在位置（从冷凝管底端开始，每 A·T·D 隔5cm放置一个试件)的温度分布如图2所示. 式中：X为腐蚀速率，mm·al;W,为试件实验前质 量，g;W2为试件实验后质量，g;A为试件表面积， a 顶端 b 顶端 cm2:T为实验时间，h;D为试件材质密度，gcm3. 试验结束后，试样表面用无水乙醇和蒸馏水清 洗，干燥后，采用能谱(EDS)和X射线衍射(XRD) 对20·钢腐蚀产物进行测试，获取20钢腐蚀产物膜 90℃=- 70℃= 的组成成分信息：再用除锈液去除试件表面的腐蚀 产物，采用扫描电子显微镜(SEM)对20"钢去除腐 100℃== 80℃= 蚀产物膜后的表面形貌进行观察，获取盐酸露点腐 110℃- 90℃- 底端 底端 蚀后20"钢表面的腐蚀形貌. 图2不同外部冷凝水温度下冷凝管中温度分布示意图.(a)60 2结果与讨论 ℃：(b)40℃ Fig.2 Schematic diagram of the temperature of the condenser tube: 2.1温度的影响 (a)60℃：()40℃ 常压时，由Aspen软件计算所得的露点温度随 1.2实验材料 HCI摩尔分数的变化如图3所示，图中标记的露点 实验材料：20"钢，试件规格为15.0mm×10.0 温度对应的HCl摩尔分数分别为1.8×10-5、1.8× mm×2.0mm,试样的主要化学成分见表1. 10-4和1.8×10-3，相应的HCl溶液的pH值分别3、 2和1.从图中可以看出，常压条件下，HCl溶液pH 表120*钢化学成分组成（质量分数） 值为1、2和3时的露点温度都接近100℃. Table 1 Chemical compositions of experimental material C Si Mn Cr Cu Ni S P Fe 100.10 100.089 0.2300.2200.5800.0100.0100.0100.0080.012余量 100.08 100.06 实验仪器：J124BC分析天平（常熟双杰测试仪 器厂)：JSM-5610LV型扫描电子显微镜(SEM)(日 100.04 本电子)；D8 Advance型X射线衍射仪(XRD)(德 签10002 100.007 国布鲁克AXS有限公司)，DFHO1S恒温油浴锅（上 100.00 99.998 海锦赋仪器设备有限公司)，HH-6S数显恒温水浴 99.98 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020 锅（常州天瑞仪器设备有限公司） HCI摩尔分数 实验试剂：浓盐酸（分析纯），氢氧化钠（分析 图3不同HCl摩尔分数下的露点温度(P=1.01×103Pa) 纯)，无水乙醇（分析纯），六亚甲基四氨（分析纯）. Fig.3 Dew point temperatures at different HCI molar fractions (P= 1.01×105Pa) 1.3实验方法 先将试样表面用150、400、800°、1000°、1200" 20"钢腐蚀速率随温度的变化如图4所示.由 碳化硅砂纸逐级打磨，用无水乙醇和去离子水分别 图可知，HCl溶液pH值为1,2,3时，随温度的升高，偶国富等: 温度和 pH 值对 20# 钢盐酸露点腐蚀行为的影响 该装置工作原理为: 保持在 180 ± 1 ℃ 的油浴加 热蒸发瓶中的 HCl 溶液产生连续混合蒸汽，当混合 蒸汽到达冷凝管后，在外部冷凝水的作用下，HCl 和 H2O 会在试样表面凝结成酸性液膜或酸性露滴． 通 过改变蒸发瓶内 HCl 溶液的浓度控制酸性液膜或 露滴的 pH 值，改变外部冷凝水的温度和试样与冷 凝管底端的距离控制酸性液膜或露滴的温度． 实验压力为 1. 01 × 105 Pa，蒸发瓶中 HCl 溶液 的 pH 值选取 1( 0. 1 mol·L － 1 ) 、2( 0. 01 mol·L － 1 ) 、3 ( 0. 001 mol·L － 1 ) 3 组; 温度选取 70、80、90、100 和 110 ℃ 5 组． 当控制外部冷凝水温度时，用温度计测 得冷凝管中试件所在位置( 从冷凝管底端开始，每 隔 5 cm 放置一个试件) 的温度分布如图 2 所示． 图 2 不同外部冷凝水温度下冷凝管中温度分布示意图 . ( a) 60 ℃ ; ( b) 40 ℃ Fig． 2 Schematic diagram of the temperature of the condenser tube: ( a) 60 ℃ ; ( b) 40 ℃ 1. 2 实验材料 实验材料: 20# 钢，试件规格为 15. 0 mm × 10. 0 mm × 2. 0 mm，试样的主要化学成分见表 1． 表 1 20# 钢化学成分组成( 质量分数) Table 1 Chemical compositions of experimental material % C Si Mn Cr Cu Ni S P Fe 0. 230 0. 220 0. 580 0. 010 0. 010 0. 010 0. 008 0. 012 余量 实验仪器: JJ124BC 分析天平( 常熟双杰测试仪 器厂) ; JSM--5610LV 型扫描电子显微镜( SEM) ( 日 本电子) ; D8 Advance 型 X 射线衍射仪( XＲD) ( 德 国布鲁克 AXS 有限公司) ，DF--101S 恒温油浴锅( 上 海锦赋仪器设备有限公司) ，HH--6S 数显恒温水浴 锅( 常州天瑞仪器设备有限公司) 实验试剂: 浓盐酸( 分析纯) ，氢氧化钠( 分析 纯) ，无水乙醇( 分析纯) ，六亚甲基四氨( 分析纯) ． 1. 3 实验方法 先将试样表面用 150# 、400# 、800# 、1000# 、1200# 碳化硅砂纸逐级打磨，用无水乙醇和去离子水分别 清洗试样表面，干燥后用分析天平称重; 然后用恒温 油浴锅对蒸发瓶中的盐酸溶液进行加热，待温度稳 定后将试样暴露于腐蚀环境中，控制不同变量进行 腐蚀失重实验，实验结束后用浓盐酸与六亚甲基四 氨体积比为 1∶ 3的除锈液进行超声波清洗处理，去 除试样表面的腐蚀产物; 最后用无水乙醇和去离子 水清洗试样表面，干燥后用分析天平称重，获取试样 的最终质量，计算腐蚀速率． 实验周期为 72 h，进行 两组平行实验． 露点腐蚀速率的计算公式如下式所示: X = ( W1 － W2 ) × 87600 A·T·D ( 1) 式中: X 为腐蚀速率，mm·a － 1 ; W1 为试件实验前质 量，g; W2 为试件实验后质量，g; A 为试件表面积， cm2 ; T 为实验时间，h; D 为试件材质密度，g·cm － 3 ． 试验结束后，试样表面用无水乙醇和蒸馏水清 洗，干燥后，采用能谱( EDS) 和 X 射线衍射( XＲD) 对 20# 钢腐蚀产物进行测试，获取 20# 钢腐蚀产物膜 的组成成分信息; 再用除锈液去除试件表面的腐蚀 产物，采用扫描电子显微镜( SEM) 对 20# 钢去除腐 蚀产物膜后的表面形貌进行观察，获取盐酸露点腐 蚀后 20# 钢表面的腐蚀形貌． 2 结果与讨论 2. 1 温度的影响 常压时，由 Aspen 软件计算所得的露点温度随 HCl 摩尔分数的变化如图 3 所示，图中标记的露点 温度对应的 HCl 摩尔分数分别为 1. 8 × 10 － 5、1. 8 × 10 － 4和 1. 8 × 10 － 3，相应的 HCl 溶液的 pH 值分别 3、 2 和 1． 从图中可以看出，常压条件下，HCl 溶液 pH 值为 1、2 和 3 时的露点温度都接近 100 ℃ ． 图 3 不同 HCl 摩尔分数下的露点温度( P = 1. 01 × 105 Pa) Fig． 3 Dew point temperatures at different HCl molar fractions ( P = 1. 01 × 105 Pa) 20# 钢腐蚀速率随温度的变化如图 4 所示． 由 图可知，HCl 溶液 pH 值为 1，2，3 时，随温度的升高， · 1011 ·